(57)【要約】  本開示は、光を受光し電気を生成するためのパネル構造を提供する。前記パネル構造は、光受光面を有するパネル材料を含む。前記パネル材料は、可視波長範囲内の波長を有する光に対して少なくとも部分的に透過性である。前記パネル構造は、前記パネル材料内に、又は前記パネル材料において位置付けられた光起電力材料をさらに含む。前記光起電力材料は、前記光起電力材料の特徴が肉眼では少なくとも概ね不可視であるよう十分に狭いように、前記光起電力材料の空隙である透過性領域の間に分散される。
2019502270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受光し電気を生成するためのパネル構造であって、前記パネル構造は、
光受光面と少なくとも１つのエッジ面とを有するパネル材料であって、前記パネル材料は可視波長範囲内の波長を有する光に対して少なくとも部分的に透過性である、パネル材料、及び
前記パネル材料内に、又は前記パネル材料において、又は前記パネル材料の近くに位置付けられた光起電力材料であって、前記光起電力材料は、前記光起電力材料の特徴が肉眼では少なくとも概ね不可視であるよう十分に狭いように、前記光起電力材料の空隙である透過性領域の間に分散された、光起電力材料、
を含む、パネル構造。
【請求項２】
前記光起電力材料の特徴は１００マイクロメートル〜８０マイクロメートルの径を有する、請求項１に記載のパネル構造。
【請求項３】
前記光起電力材料の特徴は６０マイクロメートル〜４０マイクロメートルの径を有する、請求項１に記載のパネル構造。
【請求項４】
前記光起電力材料の特徴は４０マイクロメートル〜２０マイクロメートルの径を有する、請求項１に記載のパネル構造。
【請求項５】
前記光起電力材料の特徴は２０マイクロメートル〜１０マイクロメートルの径を有する、請求項１に記載のパネル構造。
【請求項６】
前記光起電力材料は、受光した光の一部を吸収して電気を生成するように、且つ受光した光の一部を前記パネル材料の前記少なくとも１つのエッジ面に向けて偏向させるように配置された、回折要素を形成する、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項７】
前記回折要素は、光起電力材料の周期的又は準周期的配置を含む、請求項６に記載のパネル構造。
【請求項８】
前記回折要素は、規則的に形作られた且つ反復する特徴であって前記回折要素の周期を決定する特徴を含む、請求項６又は請求項７に記載のパネル構造。
【請求項９】
前記回折要素は、ランダムな配向における不規則に形作られた特徴又は規則的に形成された特徴を含み、隣接する特徴は前記回折要素の周期を規定する位置に分散された、請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１０】
前記回折要素は、１５０マイクロメートル以下の周期を有する回折格子である、請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１１】
前記回折要素のうちの少なくとも一部の回折要素の前記光起電力材料はパターンを形成し、前記パターンは、前記パターンが肉眼では少なくとも概ね不可視であるように十分に小さい特徴を有する、請求項６〜請求項１０のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１２】
回折要素は、赤外波長範囲内の波長を有する光が大部分、前記少なくとも１つのエッジ面に向けて偏向されるように配置された、請求項６〜請求項１１のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１３】
偏向された光の少なくとも一部を受光するために前記パネル材料の前記少なくとも１つのエッジ面に位置付けられた、さらなる光起電力材料を含む、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１４】
前記光起電力材料は薄膜材料の形態で提供され、ＣＩＳ（銅インジウムジセレニド）又はＣＩＧＳ（銅インジウムガリウムジセレニド）を含む、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１５】
前記回折要素の前記光起電力材料は、前記回折格子の前記周期を決定する周期的又は準周期的配置を形成する、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１６】
前記回折要素は、前記光起電力材料の線と、前記光起電力材料の間の少なくとも概ね透過性の材料とを含む、請求項６に記載の又は請求項６に従属する場合の請求項７〜請求項１４のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１７】
前記回折要素は、光起電力材料と可視光に対して少なくとも概ね透過性である透過性材料とから形成されたパターンを含み、前記透過性材料は多角形形状を有する、請求項６に記載の又は請求項７〜請求項１６のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１８】
前記回折要素は、光起電力材料と可視光に対して少なくとも概ね透過性である透過性材料とから形成されたパターンを含み、前記透過性材料は円形形状を有する、請求項６に記載の又は請求項６に従属する場合の請求項７〜請求項１７のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１９】
前記回折要素は、光起電力材料と可視光に対して少なくとも概ね透過性である透過性材料とから形成されたパターンを含み、前記透過性材料は不規則形状を有する、請求項６に記載の又は請求項６に従属する場合の請求項７〜請求項１８のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項２０】
前記回折要素は、光起電力材料と可視光に対して少なくとも概ね透過性である透過性材料とから形成されたパターンを含み、前記透過性材料は様々な周期を規定する様々なサイズを有する、請求項６に記載の又は請求項６に従属する場合の請求項７〜請求項１９のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項２１】
光を受光し電気を生成するためのパネル構造であって、前記パネル構造は、
光受光面と少なくとも１つのエッジ面とを有するパネル材料であって、前記パネル材料は可視波長範囲内の波長を有する光に対して少なくとも部分的に透過性である、パネル材料、及び
前記パネル材料内に、又は前記パネル材料において、又は前記パネル材料の近くに位置付けられた回折要素であって、前記回折要素は、受光した光の一部を吸収して電気を生成するように配置された光起電力材料の周期的又は準周期的配置を含み、前記回折要素は、受光した光の一部を前記パネル材料の前記少なくとも１つのエッジ面に向けて偏向させるように配置された、回折要素、
を含む、パネル構造。
【請求項２２】
光を受光し電気を生成するためのパネル構造を製造する方法であって、前記方法は、
可視光に対して少なくとも部分的に透過性であるパネルを提供する工程であって、前記パネルは、周期的又は準周期的構造を画定する溝又はリセスを有する主表面を有し、それにより前記主表面は上側表面部分と下側表面部分とを有する、工程、
前記主表面上にＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を成長させる工程、及び
前記上側表面部分から前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を除去する工程、
を含む、方法。
【請求項２３】
前記パネルを提供する前記工程は、前記パネルを形成することを含んでもよい、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記パネルはガラス又は高分子材料から形成され、前記パネルを形成することは、前記ガラス又は前記高分子材料をローラの間でローリングすることを含み、前記ローラのうちの少なくとも１つは、前記ガラスの高分子材料が前記ローラの間でローリングされる際に前記溝又はリセスがエンボス加工されるように、輪郭形成された表面を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記上側表面部分から前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を除去する前記工程は、前記パネルの前記主表面を研磨して前記上側表面部分から前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を除去することを含む、請求項２２〜請求項２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記パネル構造は、請求項１〜請求項２１のいずれか一項に記載の前記パネル構造である、請求項２０〜請求項２３のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を受光し電気を生成するためのパネル構造に関し、特に、これに限定するものではないが、窓ペインとして使用するためのパネル構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
大きな窓を通して太陽光を受光する空間などの内部空間の過熱は、空調装置を使用して克服され得る問題である。内部空間を冷却するために大量のエネルギーが広く使用されている。電気エネルギーの大部分は持続不可能な資源を使用して生成されており、これは増大しつつある環境問題である。
【０００３】
（本願出願人によって所有されている）ＰＣＴ国際出願番号ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／０００７７８号、ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／０００７８７号、及びＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０００８１４号の明細書では、窓ペインとして使用されてもよいスペクトル選択性パネルが開示されている。前記スペクトル選択性パネルは可視光に対して概ね透過性（ｌａｒｇｅｌｙ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ）であるが、入射光の一部は前記パネルの側部にそらされ、前記側部で光起電力要素によって吸収されて電気が生成される。
【０００４】
本発明はさらなる改良を提供する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第１の態様では、光を受光し電気を生成するためのパネル構造が提供され、前記パネル構造は、
光受光面を有するパネル材料であって、前記パネル材料は可視波長範囲内の波長を有する光に対して少なくとも部分的に透過性である、パネル材料、及び
前記パネル材料内に、又は前記パネル材料において、又は前記パネル材料の近くに位置付けられた光起電力材料であって、前記光起電力材料は、前記光起電力材料の特徴が肉眼では少なくとも概ね不可視であるよう十分に狭いように、前記光起電力材料の空隙である透過性領域の間に分散された、光起電力材料、
を含む。
【０００６】
本発明の実施形態による前記パネル構造は、前記パネル構造が例えば窓ペインとして機能し且つ電気を生成することが可能であり、同時に、前記パネル構造を通した眺めの遮りは存在しないか又は最小限である、という利点を提供する。さらに、前記パネル構造の受光面に比較した前記光起電力材料の表面積のパーセンテージに応じて、前記パネルが肉眼では少なくとも概ね透明に見えるにもかかわらず前記パネル構造の全面積の比較的大きな部分が電気を生成するために使用されることが可能である。
【０００７】
前記光起電力材料の特徴は、１００マイクロメートル〜８０マイクロメートル、８０マイクロメートル〜６０マイクロメートル、６０マイクロメートル〜４０マイクロメートル、４０マイクロメートル〜２０マイクロメートル、又は２０マイクロメートル〜１０マイクロメートルの径を有してもよい。これらの特徴の間の透過性領域は、１００マイクロメートル〜８０マイクロメートル、８０マイクロメートル〜６０マイクロメートル、６０マイクロメートル〜４０マイクロメートル、４０マイクロメートル〜２０マイクロメートル、又は２０マイクロメートル〜１０マイクロメートルの径を有してもよい。
【０００８】
前記光起電力材料はパターンを形成してもよい。さらに、前記光起電力材料は、受光した光の一部を吸収して電気を生成するように、且つ受光した光の一部を前記パネル材料の少なくとも１つのエッジ面に向けて偏向させるように配置された、回折要素を形成してもよい。前記回折要素は、前記光起電力材料の周期的又は準周期的配置を含んでもよい。
【０００９】
本明細書全体を通して、用語「準周期的配置」は、周期的構成要素を含む配置であってランダムに分散されていてもよい非周期的構成要素も含む配置について使用される。
【００１０】
前記回折要素は、２００マイクロメートル以下の周期を有する回折格子であってもよく、例えば、１５０マイクロメートル未満、１００マイクロメートル未満、８０マイクロメートル未満、６０マイクロメートル未満、又は４０マイクロメートル未満などの周期を有する回折格子であってもよい。前記回折格子が周期的配置を含む場合、前記回折要素は、規則的に形成された且つ反復する特徴を含んでもよい。対照的に、前記回折要素が準周期的配置を含む場合、前記回折要素は、ランダムな配向における不規則に形成された特徴又は規則的に形成された特徴を含んでもよく、隣接する特徴は前記準周期的配置の周期を規定する位置に分散される。
【００１１】
前記回折要素は、赤外波長範囲内の波長を有する光が大部分、前記少なくとも１つのエッジ面に向けて偏向されるように配置されてもよい。前記回折要素及び前記パネル材料は、偏向された光の少なくとも一部が前記少なくとも１つのエッジ面に向けてパネル材料内を案内されるように配置されてもよい。前記パネル構造は、前記偏向された光の少なくとも一部を受光するために前記パネル材料の前記少なくとも１つのエッジ面に位置付けられたさらなる光起電力材料を含んでもよく、それにより追加の電気が生成され得る。前記回折要素による赤外放射の偏向により、（前記パネルが窓ペインとして使用されている場合に）建物内への赤外放射の透過を減少させることが可能であり、結果として前記建物内の空間の過熱が減少し、空調などのためのコストが削減され得る、というさらなる利点がもたらされる。
【００１２】
前記光起電力材料は、任意の好適な形態で提供されてもよく、任意の好適な材料を含んでもよい。本発明の特定の一実施形態では、前記光起電力材料は薄膜材料の形態で提供され、ＣＩＳ（銅インジウムジセレニド）若しくはＣＩＧＳ（銅インジウムガリウムジセレニド）を含んでもよく、又はＣＩＳ若しくはＣＩＧＳから構成されてもよい。
【００１３】
前記回折要素の前記光起電力材料は、前記回折要素の周期を決定する周期的又は準周期的配置を形成してもよい。
【００１４】
前記光起電力材料は、連続的材料の形態で提供されてもよく、又は前記回折要素が周期的若しくは準周期的構造を有するように配置された、相互接続された材料部分を含んでもよい。例えば、前記回折要素は、線、若しくはランダムに形作られたか若しくは配向された光起電力材料を含んでもよく、又は、少なくとも概ね透過性の材料を前記光起電力材料の間に有するパターンであって前記回折要素の前記周期を決定するパターンを含んでもよい。透過性材料領域は規則的な形状を有しても有さなくてもよい。
【００１５】
前記透過性材料領域は（任意の多角形形状又は不規則形状などの）任意の好適な形状を有してもよく、前記回折要素が全体として平均周期を有する配置を画定するように前記透過性材料領域が位置付けられる限り、前記回折要素は、様々な形状を有する任意の数の透過性材料領域を含んでもよい。さらに、前記回折要素は２つ以上の周期を有してもよい。例えば、前記回折要素は、様々な周期を規定するように分散された様々なサイズの透過性材料領域を含んでもよい。
【００１６】
特定の一実施形態では、前記光起電力材料は平面内のパターンを形成し、前記パネル材料の少なくとも一部（例えば大部分）を横切って延在する特徴を含む。前記光起電力材料の前記特徴は、前記回折要素の（一般に前記パネルの前記受光面に平行な平面内の）面積の１％〜５％、５％〜２０％、２０％〜４０％、４０％〜６０％、又は６０％〜８０％以上を占めてもよい。
【００１７】
前記光起電力材料は、前記パネル材料上に位置付けられた材料の形態で提供されてもよく、又は前記パネル材料上に形成されてもよい。例えば、前記光起電力材料は、例えばガラス又は有機材料から形成されてもよい前記パネル材料上に形成された層構造薄膜材料の形態で提供されてもよい。
【００１８】
一実施形態では、前記光起電力材料は、前記パネル材料上の連続的層構造薄膜材料の形態で提供され、次に透過性材料領域が、例えばレーザアブレーション又は好適なエッチングプロセスを使用して形成される。
【００１９】
特定の一実施形態では、前記回折要素は、（溝によって形成された）歯とリセスとを有する断面輪郭を有する回折格子である。前記光起電力材料は、前記リセス内に、又は前記歯の上に位置付けられてもよい。
【００２０】
加えて、前記パネル材料は、入射光及び／又は反射された光の少なくとも一部を吸収するように且つ発光によって光を放出するように配置された発光材料も含んでもよく、それにより、前記パネル材料の少なくとも１つのエッジ部分に向けた入射光の方向付けが促進される。
【００２１】
前記パネル材料は、互いに実質的に平行に位置付けられた、少なくとも２つの間隔をあけられたパネル部分を含んでもよい。前記回折要素及び前記発光材料は、好適な光学接着剤を使用して互いに接着されてもよい２つのパネル部分の間に位置付けられてもよい。
【００２２】
一実施形態では、前記パネル材料は、赤外（ＩＲ）波長帯域内及び／又は紫外（ＵＶ）波長帯域内の入射光を反射するように配置された、且つ可視波長帯域内の波長を有する光の少なくとも大部分に対して概ね透過性である、光学干渉コーティングも含む。前記光学干渉コーティングは、使用時に入射光が上述の間隔をあけられたパネル部分を貫通してから前記光学干渉コーティングに到達するように位置付けられてもよい。
【００２３】
本発明の第２の態様では、光を受光し電気を生成するためのパネル構造が提供され、前記パネル構造は、
光受光面と少なくとも１つのエッジ面とを有するパネル材料であって、前記パネル材料は可視波長範囲内の波長を有する光に対して少なくとも部分的に透過性である、パネル材料、及び
前記パネル材料内に、又は前記パネル材料において、又は前記パネル材料の近くに位置付けられた回折要素であって、前記回折要素は、受光した光の一部を吸収して電気を生成するように配置された光起電力材料の周期的又は準周期的配置を含み、前記回折要素は、受光した光の一部を前記パネル材料の前記少なくとも１つのエッジ面に向けて偏向させるように配置された、回折要素、
を含む。
【００２４】
前記回折要素の特徴は、肉眼では不可視であるように十分に狭くてもよい。代替として前記回折要素の前記特徴はサイズがわずかにより大きくてもよい、ということを当業者は理解するであろう。例えば、前記回折要素の前記特徴は、１５０マイクロメートル〜１００マイクロメートルの、又は１００マイクロメートル〜７５マイクロメートルの径を有してもよい。この場合、前記回折要素の特徴は、詳細な点検により肉眼で可視であってもよく、しかし窓ペインとして使用される場合に前記パネル構造を通した眺めをそれらが著しく遮ることのないように十分に狭い。
【００２５】
本発明の第３の態様では、光を受光し電気を生成するためのパネル構造を製造する方法が提供され、前記方法は、
可視光に対して少なくとも部分的に透過性であるパネルを提供する工程であって、前記パネルは、周期的又は準周期的構造を画定する溝又はリセスを有する主表面を有し、それにより前記主表面は上側表面部分と下側表面部分とを有する、工程、
前記主表面上にＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を成長させる工程、及び
前記上側表面部分から前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を除去する工程、
を含む。
【００２６】
前記パネルを提供する前記工程は、前記パネル構造を形成することを含んでもよい。例えば、前記パネルはガラス又は高分子材料から形成されてもよく、前記パネルを形成することは、前記ガラス又は前記高分子材料をローラの間でローリングすることを含んでもよく、前記ローラのうちの少なくとも１つは、前記ガラスの高分子材料が前記ローラの間でローリングされる際に前記溝又はリセスがエンボス加工されるように、輪郭形成された表面を有してもよい。
【００２７】
前記上側表面部分から前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を除去する前記工程は、前記パネルの前記主表面を研磨して前記上側表面部分から前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を除去することを含んでもよい。
【００２８】
前記パネル構造は、本発明の第１の態様又は第２の態様による前記パネル構造であってもよい。
【００２９】
本発明は、本発明の特定の実施形態についての以下の説明から、より十分に理解されるであろう。説明は添付の図面を参照して提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態によるパネル構造の概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態による前記パネル構造の構成要素の概略断面図である。
【図３】ＣＩＧＳ層構造の概略図である。
【図４】本発明の実施形態による前記パネル構造の構成要素の概略図である。
【図５】本発明の実施形態による前記パネル構造の構成要素の概略図である。
【図６】本発明の実施形態による前記パネル構造の構成要素の概略図である。
【図７】本発明の実施形態によるパネル構造を製造する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施形態は一般に、例えば窓ペインとして使用されてもよいパネル構造に関する。前記パネル構造は、パターンを形成してもよいパネル材料を有する。光起電力は、前記パターンが肉眼では少なくとも概ね又はさらには完全に不可視であるように十分に小さい特徴（ｆｅａｔｕｒｅ）を有する。
【００３２】
前記光起電力材料は、一実施形態では回折格子を形成する。前記回折格子は前記パネル材料の一部を形成してもよく、又は前記パネル材料上に若しくは前記パネル材料の近くに位置付けられてもよい。前記回折格子は、光起電力材料の周期的又は準周期的配置から形成され、受光した光の一部を吸収して電気を生成するように、且つ受光した光の一部を前記パネル材料のエッジ面に向けて偏向させるように配置される。
【００３３】
前記光起電力材料は、一実施形態ではＣＩＳ又はＣＩＧＳ薄膜材料の形態で提供されるが、当業者は、代替として前記光起電力材料がその他の形態（任意の好適な従来の無機光起電力材料及び有機材料、例えば高分子光起電力材料などを含む）で提供されてもよいということを理解するであろう。例えば、前記光起電力材料は最初に、概ね透明なペイン上に堆積されるか又は位置付けられてもよく、そして、透過性材料のパターン（線又は任意のその他の規則的形状又は不規則形状）が前記光起電力材料内に、レーザアブレーション又は好適なエッチング技術を使用して形成されてもよい。前記パネル構造はしたがって、前記光起電力材料が概ね不可視であり結果として透明に見えるが電気の生成のために太陽光を収集する、という利点を有する。
【００３４】
最初に図１を参照して、光を受光し電気を生成するためのパネル構造１００の概略断面図について以下に説明する。パネル構造１００は、この実施形態では、窓のためのペインの形態で提供される。しかし当業者は、パネル構造１００がその他の応用も有するということを理解するであろう。パネル構造１００は、第１のパネル部分１０２と第２のパネル部分１０４と第３のパネル部分１０６とを含む。この実施形態では、第１のパネル部分１０２、第２のパネル部分１０４、及び第３のパネル部分１０６のそれぞれはガラスペインの形態で提供される。しかし前記ペインは高分子材料から形成されてもよいということが理解されるであろう。
【００３５】
パネル部分１０４及び１０６はスペーサ１１０によって間隔をあけられ、それにより間隙１０８がパネル部分１０４と１０６との間に形成される。回折格子１１２がパネル部分１０２と１０４との間に位置付けられる。回折格子１１２は、パターンの形態で提供される光起電力材料を含む。この実施形態では、前記パターンは、パネル部分１０４であってその上に格子構造１１２が形成されるパネル部分１０４の大部分を横切って延在する線を含む。前記光起電力材料は、前記光起電力材料と透過性材料とを含む周期的構造の形態で提供される。前記光起電力材料が肉眼では不可視であるように十分に小さい特徴を有するように、前記透過性材料は形成される。一般に、前記光起電力材料は、１００マイクロメートル〜５０マイクロメートルより狭い、１０マイクロメートル〜２５マイクロメートルなどの幅を有する線又はその他の構造を含む。
【００３６】
上述の実施形態の一変形において、前記回折格子はパネル部分１０２と１０４との間に位置付けられなくてもよく、しかし代替としてパネル部分１０２の上に、又はパネル部分１０６の下に位置付けられてもよい、ということを当業者は理解するであろう。
【００３７】
図２は、図１に示す回折要素１１２と同一である回折格子２００の上面図を概略的に示す。この実施形態では、回折格子２００は、１０マイクロメートル〜２５マイクロメートルの幅を有する線２０２を含む。線２０２の間の透過性材料部分２０３は、約４０マイクロメートル〜７５マイクロメートルの幅を有する。線２０２及び透過性材料部分２０３は、例えば１０００ミリメートルの長さを有してもよい。この実施形態では、回折格子２００の前記光起電力材料は薄膜層構造材料の形態で提供され、前記薄膜層構造材料は、この実施形態ではＣＩＳ又はＣＩＧＳであり、しかしテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）又はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）であってもよい。図３は、ＣＩＧＳ光起電力材料の層構造を概略的に示す。
【００３８】
回折格子２００の前記線は、直列接続されたＣＩＧＳ光起電力セルを含む。回折格子２００は、エッジ部分に位置付けられた、且つ前記窓ペインの光受光面に平行に配向された、（一連のＣＩＧＳ光起電力セルを含む）光起電力材料２０６をさらに含む。さらに、回折格子２００は光起電力材料２０４を含み、光起電力材料２０２、２０４、及び２０６は、２つの対向する光起電力材料２０４の間で電圧が生成されるように接続される。
【００３９】
図１に戻って、パネル構造１００のさらなる特徴について以下に説明する。回折格子１１２は、赤外波長範囲内の波長範囲を有する光を回折格子１１２が大部分偏向させるように選択された周期を有する。偏向された赤外光の少なくも一部は、次に、パネル部分１０２及び１０４内でパネル部分１０４のエッジ部分に向けてルーティングされ、前記エッジ部分で追加の光起電力要素１１８によって収集され、したがって電気を生成するために使用され得る。さらに、パネル構造１００は、パネル部分１０４のエッジ部分に沿って位置付けられた、且つパネル構造１００の光受光面に平行に配向された、追加の光起電力要素１１６を含む。図１に示す光起電力要素１１６は、図２に示す光起電力要素２０４及び２０６に対応する。光起電力要素１１６は、回折格子１１２によってパネル部分１０４のエッジ部分に向けて偏向されたさらなる光を収集し、直接的な太陽光も収集する。
【００４０】
パネル部分１０２及び１０４は、回折格子１１２がパネル部分１０２と１０４との間に挟まれるように、好適な光学接着剤を使用して互いに接着される。
【００４１】
パネル構造１００は、入ってくるＵＶ光及びＩＲ光の少なくとも一部を反射するように配置された、且つ可視光に対して概ね透過性である、複数層フィルム構造１１４をさらに含む。複数層フィルム構造１１４は、パネル部分１０６の上面に位置付けられ、パネル部分１０４及び１０２のエッジに向けた光の方向付けを促進する。
【００４２】
さらに、パネル構造１００は、この実施形態ではやはりパネル部分１０４と１０６との間に挟まれた、発光及び／又は光散乱材料１１３を含む。発光及び／又は散乱材料１１３も、パネル部分１０２及び１０４のエッジに向けた、入ってくるＩＲ光及びＵＶ光の再方向付けを促進し、それらの光は前記エッジにおいて光起電力要素１１２によって収集される。
【００４３】
回折格子１１２の透過性材料２０３は、この実施形態では、発光材料１１３を含む接着材料を用いて充填される。この特定の実施形態では、接着材料は、エポキシを含む発光散乱粉末を含む。発光散乱粉末による入射光の散乱により、パネル材料１００のエッジ部分に向けて方向付けされる光の一部が増加する。
【００４４】
発光及び／又は散乱材料１１３並びに複数層フィルム１１４構造のさらなる詳細は、（本願出願人によって所有されている、且つ相互参照によって本明細書中に援用される）ＰＣＴ国際出願番号ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／０００７７８号及びＰＣＴ／ＡＵ２０１２／０００７８７号の明細書に記載されている。
【００４５】
パネル構造１００はしたがって、入ってくる光を格子構造１１２の前記光起電力材料において吸収することによって電気を生成し、且つパネル１０４のエッジに向けて光を偏向させ、偏向された光は前記エッジにおいて追加の電気を生成するために光起電力要素１１８及び１１６によって収集される。
【００４６】
次に図４〜図６を参照して、本発明の実施形態によるさらなる回折格子４００、５００、及び６００について以下に説明する。回折格子４００、５００、及び６００は、図１に示す回折格子１１２に取って代わってもよい。回折格子４００は、矩形の透過性材料領域４０３が形成されるように位置付けられた線４０１及び４０２を含む。この実施形態では、線４０１及び４０２は肉眼では不可視であるように十分に狭い。例えば、線４０１、４０２は、５０マイクロメートル未満の、１０マイクロメートル〜２５マイクロメートルなどの幅を有してもよい。この実施形態では、格子周期及び線４０１、４０２は、入ってくる光の一部が線４０１及び４０２の光起電力材料によって吸収されるように、且つ前記入ってくる光のさらなる一部が、前記パネルであって使用時に回折格子４００が適用されている前記パネルのエッジに向けて、方向付けられるか又はルーティングされるように位置付けられる。格子構造４００はまた、エッジにおける、且つ回折格子４００の平面内に配向された、光起電力材料４０４及び４０６も含む。
【００４７】
図５及び図６は、上述の回折格子の変形を示す。回折格子５００はやはりＣＩＳ又はＣＩＧＳから形成される。実質的に円形の透過性材料領域５０３が、周期的パターンが形成されるようにＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を通して形成される。この実施形態では、透過性材料領域５０３の間の残りのＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料は、肉眼では不可視であるように十分に狭い。円形の透過性材料領域５０３は、この実施形態では、３０マイクロメートル〜７５マイクロメートルの径を有し、残りのＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料５０２は、１０マイクロメートル〜２５マイクロメートル程度の径を有する。格子構造５００はまた、エッジにおける、且つ回折格子５００の平面内に配向された、光起電力材料５０４及び５０６も含む。
【００４８】
図６は、本発明の別の実施形態による回折格子を示す。回折格子６００は回折格子５００に関連しているが、この場合、透過性材料領域６０３は不規則な形状及びサイズを有する。しかし透過性材料領域６０３は周期的構造を形成する。透過性材料領域６０３は、この例では、約３０マイクロメートル〜７０マイクロメートルの径を有し、透過性材料領域６０３の間の残りのＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料６０２は、１０マイクロメートル〜２５マイクロメートル程度の径を有する。やはり回折格子６００は肉眼で可視ではない特徴を含む。格子構造６００はまた、エッジにおける、且つ回折格子６００の平面内に配向された、光起電力材料６０４及び６０６も含む。
【００４９】
しかし記載した実施形態の変形において、回折要素１１２、２００、４００、５００、及び６００は、肉眼で可視であってもよいわずかにより大きな特徴を代替として含んでもよい、ということが理解されるであろう。例えば、前記回折要素は、透過性材料領域の間の特徴であって１００マイクロメートル〜２００マイクロメートルの径を有する特徴を代替として有してもよい。この場合、前記特徴は、詳細に点検された場合は肉眼で可視であってもよいようなサイズであって、しかしパネル構造を通した眺めを著しく遮ることのないよう十分に小さいようなサイズにされてもよい。
【００５０】
さらに、記載した実施形態の変形において、前記光起電力材料は回折要素のためのものでなくてもよく、しかしランダムに配置されてもよく、パターンを形成しても形成しなくてもよい、ということを当業者は理解するであろう。
【００５１】
上述のように、一実施形態による回折格子１１２、２００、４００、５００、及び６００は、ＣＩＳ又はＣＩＧＳから形成される。前記回折格子の形成は、最初に、透明なペイン（ガラスペイン）を提供することを含んでもよく、前記透明なペイン（ガラスペイン）上にＣＩＳ又はＣＩＧＳが形成される。回折格子の特徴が、次に、ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料の部分をアブレーションして前記回折格子の上述の透過性材料領域を形成することによって形成されてもよい。例えば、アブレーションは、１又は複数のレーザを使用した光熱アブレーションを含んでもよい。２０マイクロメートル未満の径を有する構造の形成が、レーザアブレーションを使用して可能である。特に、十分なパワーのＵＶ波長レーザが、前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を局所的にアブレーションするために使用され、それにより分子間の化学結合が切断され、残留物が表面からアブレーションされて、透過性材料領域（孔（ｈｏｌｅ））が残される。このようにして、レーザビームに相対的に前記回折格子を移動することによって延在構造（ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）が形成されてもよい、ということを当業者は理解するであろう。さらに、平行アブレーションプロセスのために一連のレーザが使用されてもよく、それにより製造時間が短縮される。
【００５２】
代替として前記回折格子は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、例えばディープＲＩＥなどを使用して形成されてもよい。この場合、最初にＣＩＳ又はＣＩＧＳソーラーセルが透明パネル部分上に形成され、次に、前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳソーラーセルは好適なマスクによって覆われる。ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料と前記マスクとを有する前記パネル部分は次に、チャンバ内に配置され、前記チャンバ内に、高周波電源を使用したプラズマエッチングのための好適なガスが導入される。
【００５３】
また、ウェットエッチングが、前記回折格子内に前記透過性材料領域を形成するために使用されてもよい。透明なペイン上に形成されたＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料は、選択されたウェットエッチングプロセスに対して大きな耐性を有する（ｌａｒｇｅｌｙ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）好適なマスクを使用して覆われる。前記マスクによって覆われた領域の下のエッチングは、小さな構造を形成する場合は特に、ウェットエッチングの既知の問題であり、これは好適なスプレーエッチング技術を使用することによって軽減され得る。
【００５４】
代替として、ウェットエッチングはまた、マスクなしで且つインクジェット印刷の技術に類似した技術を使用して実行されてもよく、前記技術では、エッチング材料の小液滴が前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料上に直接位置付けられて、前記透過性材料領域が形成される。
【００５５】
さらに、前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳは、透明なペイン上に前記回折格子の形態で直接堆積されてもよい。この場合、前記透明なペインは、前記透過性材料領域に対応する領域において、固体材料を有する好適なマスクによって覆われる。一連のＣＩＳ又はＣＩＧＳ光起電力セルが次に、前記透明なペイン及び前記マスク上に従来の手法で堆積される。前記マスクは次に除去されて、前記透過性材料領域が露出される。個々のＣＩＳ又はＣＩＧＳ光起電力セルは次に、細いモリブデンワイヤを使用して電気的に接続され、前記細いモリブデンワイヤは、１００マイクロメートルの長さ及び２５マイクロメートルの径を有してもよく、したがって肉眼では不可視である。
【００５６】
次に図７を参照して、本発明の一実施形態によるパネル構造を形成する方法について以下に説明する。前記方法は、ガラス基板７００を提供する最初の工程を含む。前記ガラス基板は可視光に対して透過性であり、当業者は、好適な高分子材料から形成されたパネルも代替として使用されてもよいということを理解するであろう。軟化されたガラスパネルが次にローリングされて、アイランド７０６の間の溝又はリセス７０４が形成され、パターン化されたガラス基板７０２が形成される。溝又はリセス７０４は約２５μｍの幅と約２０μｍの深さとを有する。前記ガラス基板は２つのローラの間でローリングされ、一方のローラは、溝又はリセス７０４に対応する突起を有する。
【００５７】
ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料の層７０８が次に、ガラス基板７０２のパターン化された表面上に形成されて、コーティングされたパターン化されたガラス基板７０７が形成される。ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料７０８は３μｍ程度の厚さを有してもよい。
【００５８】
ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料７０８は次に、アイランド７０６の最上部の３μｍを除去してもよい従来の研磨プロセスを使用してアイランド７０６から研磨除去され、前記パネル構造が形成される。溝又はリセス７０４は、前記溝又はリセス内の形成されたＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料が電気的に相互接続されるように、相互接続されている、ということを当業者は理解するであろう。
【００５９】
当業者は、上述の回折格子の構造を形成するために使用されてもよい他の様々な方法が存在するということを理解するであろう。
【００６０】
ＰＣＴ国際出願番号ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／０００７７８号明細書、ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／０００７８７号明細書、及びＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０００８１４号明細書に対して行われる参照は、これらの文献がオーストラリア又はその他の任意の国における共通の一般的知識の一部であることの承認を構成するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年6月26日(2017.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受光し電気を生成するためのパネル構造であって、前記パネル構造は、
光受光面と少なくとも１つのエッジ面とを有するパネル材料であって、前記パネル材料は可視波長範囲内の波長を有する光に対して少なくとも部分的に透過性である、パネル材料、及び
前記パネル材料内に、又は前記パネル材料において、又は前記パネル材料の近くに位置付けられた光起電力材料であって、前記光起電力材料は、前記光起電力材料の特徴が肉眼では少なくとも概ね不可視であるよう十分に狭いように、前記光起電力材料の空隙である透過性領域の間に分散された、光起電力材料、
を含み、
前記光起電力材料は、受光した光の一部を吸収して電気を生成するように、且つ受光した光の一部を前記パネル材料の前記少なくとも１つのエッジ面に向けて偏向させるように配置された、回折要素を形成する、
パネル構造。
【請求項２】
前記光起電力材料の特徴は１００マイクロメートル〜８０マイクロメートルの径を有する、請求項１に記載のパネル構造。
【請求項３】
前記光起電力材料の特徴は６０マイクロメートル〜４０マイクロメートルの径を有する、請求項１に記載のパネル構造。
【請求項４】
前記光起電力材料の特徴は４０マイクロメートル〜２０マイクロメートルの径を有する、請求項１に記載のパネル構造。
【請求項５】
前記光起電力材料の特徴は２０マイクロメートル〜１０マイクロメートルの径を有する、請求項１に記載のパネル構造。
【請求項６】
前記回折要素は、光起電力材料の周期的又は準周期的配置を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項７】
前記回折要素は、規則的に形作られた且つ反復する特徴であって前記回折要素の周期を決定する特徴を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項８】
前記回折要素は、ランダムな配向における不規則に形作られた特徴又は規則的に形成された特徴を含み、隣接する特徴は前記回折要素の周期を規定する位置に分散された、請求項１〜７のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項９】
前記回折要素は、１５０マイクロメートル以下の周期を有する回折格子である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１０】
前記回折要素のうちの少なくとも一部の回折要素の前記光起電力材料はパターンを形成し、前記パターンは、前記パターンが肉眼では少なくとも概ね不可視であるように十分に小さい特徴を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１１】
回折要素は、赤外波長範囲内の波長を有する光が大部分、前記少なくとも１つのエッジ面に向けて偏向されるように配置された、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１２】
偏向された光の少なくとも一部を受光するために前記パネル材料の前記少なくとも１つのエッジ面に位置付けられた、さらなる光起電力材料を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１３】
前記光起電力材料は薄膜材料の形態で提供され、ＣＩＳ（銅インジウムジセレニド）又はＣＩＧＳ（銅インジウムガリウムジセレニド）を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１４】
前記回折要素の前記光起電力材料は、前記回折格子の前記周期を決定する周期的又は準周期的配置を形成する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１５】
前記回折要素は、前記光起電力材料の線と、前記光起電力材料の間の少なくとも概ね透過性の材料とを含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１６】
前記回折要素は、光起電力材料と可視光に対して少なくとも概ね透過性である透過性材料とから形成されたパターンを含み、前記透過性材料は多角形形状を有する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１７】
前記回折要素は、光起電力材料と可視光に対して少なくとも概ね透過性である透過性材料とから形成されたパターンを含み、前記透過性材料は円形形状を有する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１８】
前記回折要素は、光起電力材料と可視光に対して少なくとも概ね透過性である透過性材料とから形成されたパターンを含み、前記透過性材料は不規則形状を有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項１９】
前記回折要素は、光起電力材料と可視光に対して少なくとも概ね透過性である透過性材料とから形成されたパターンを含み、前記透過性材料は様々な周期を規定する様々なサイズを有する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のパネル構造。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一項のパネル構造を製造する方法であって、前記方法は、
可視光に対して少なくとも部分的に透過性であるパネルを提供する工程であって、前記パネルは、周期的又は準周期的構造を画定する溝又はリセスを有する主表面を有し、それにより前記主表面は上側表面部分と下側表面部分とを有する、工程、
前記主表面上にＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を成長させる工程、及び
前記上側表面部分から前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を除去する工程、
を含む、方法。
【請求項２１】
前記パネルを提供する前記工程は、前記パネルを形成することを含んでもよい、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記パネルはガラス又は高分子材料から形成され、前記パネルを形成することは、前記ガラス又は前記高分子材料をローラの間でローリングすることを含み、前記ローラのうちの少なくとも１つは、前記ガラスの高分子材料が前記ローラの間でローリングされる際に前記溝又はリセスがエンボス加工されるように、輪郭形成された表面を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記上側表面部分から前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を除去する前記工程は、前記パネルの前記主表面を研磨して前記上側表面部分から前記ＣＩＳ又はＣＩＧＳ材料を除去することを含む、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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